0 引言

　　随着我国城市化进程的不断推进，碳排放和化石能源消耗带来的巨大压力成为制约城市发展的核心问题之一。近年来，发展绿色建筑的理念越来越受到青睐。竹材作为低碳、环保和可再生的建筑材料，已有上千年的使用历史^[1]。我国拥有丰富的竹林资源和浓厚的竹文化氛围，因此，在我国大力推广竹结构建筑具有重要意义。

　　结构用竹材通常包括圆竹和工程竹，其中，圆竹力学性能一般受生长环境和温、湿度变化的影响表现出明显的变异性。此外，圆竹淀粉含量较高，易受微生物侵蚀，从而降低结构耐久性。自20世纪70年代以来，研究人员将圆竹开片或疏解重组，通过高温加压胶合处理制成工程竹^[1]。工程竹具有良好的尺寸、强度稳定性及耐久性，因而备受关注。

　　目前，国内外针对工程竹力学性能的研究已积累了一定成果，如江泽慧等^[2]开展结构用竹集成材力学性能参数试验研究，发现竹集成材具有较高的抗弯弹性模量、抗弯强度和水平抗剪强度;张叶田等^[3]开展竹集成材力学性能参数试验研究，得到竹集成材受拉、受压和受剪应力-应变曲线，并发现竹集成材抗拉强度和抗弯强度超过落叶松和杉木，表明工程竹具有良好的应用前景。

　　除材料力学性能外，研究者还开展工程竹试件和节点受力性能研究，如魏洋等^[4]开展工程竹梁受弯性能试验研究，发现竹梁主要破坏模式为底部竹纤维受拉破坏和斜向撕裂破坏，梁跨中纯弯段应变发展规律符合平截面假定;Sinha等^[5]开展胶合竹梁结构性能试验研究，发现胶合竹梁性能优于北美花旗松木梁;Li等^[6]开展胶合竹柱受压性能试验研究，基于试验结果确定长细比对试件破坏模式和承载力的影响，给出轴压稳定系数;Leng等^[7]开展胶合竹梁柱螺栓节点转动性能试验研究和理论分析，发现节点主要破坏模式为竹材横纹劈裂破坏，基于欧洲规范的节点承载力计算方法可保守预测节点抗弯承载力。

　　胶合竹力学性能和缺陷无损检测对于胶合竹结构安全评估具有重要影响，目前，该领域的研究成果相对有限。周先雁等^[8]开展基于超声波法和冲击回波法的竹质工程材弹性模量检测方法研究，取得一定成果;许琪^[9]开展基于超声波技术的重组竹力学性能参数预测方法研究，发现结合动弹性模量和密度能较好地预测重组竹抗压强度;彭冠云等^[10]开展基于CT技术的竹材密度检测方法研究，并建立基于CT值的竹材密度预测公式;孙绩婷等^[11]开展基于X射线技术的竹塑复合材料内部缺陷边缘检测研究，发现经图像融合技术处理后，X射线技术能有效识别竹材内部缺陷边缘。但X射线技术须在保证人员安全的前提下使用，这限制了其在现场检测中的使用范围。因此，亟须研发工程竹结构内部缺陷现场检测方法。

　　钻入阻抗法已在木结构内部缺陷现场检测中得到广泛应用，并取得良好效果。考虑胶合竹横纹方向力学性能参数与木材接近，故采用钻入阻抗法进行胶合竹结构内部缺陷检测试验研究，为胶合竹内部缺陷现场无损检测提供可行方法，并为《工程竹结构检测技术规程》的编制提供技术依据。

　　1 试验概况

　　1.1 试件设计及制作

　　设计并制作3个含有缺陷的胶合竹试件，各试件几何尺寸如图1所示。试件B1为胶合竹梁，截面尺寸为100mm×250mm(宽×高)，在其端部20mm螺孔附近设置宽2mm的横纹劈裂裂缝，裂缝距梁上表面的距离为70mm。试件B2为含有20mm螺孔的胶合竹柱，截面尺寸为180mm×250mm(宽×高)。试件B3为含有12mm宽柱槽的胶合竹柱，截面尺寸为180mm×250mm(宽×高)。

　　胶合竹密度和含水率分别为669kg/m³,7.4%，实测抗弯弹性模量和抗弯强度分别为13 180,128.6MPa。

　　图1 试件几何尺寸 

　　1.2 缺陷检测方法

　　考虑目前没有适用于竹材的钻入阻抗检测方法，因此参考DB31/T 901—2015《钻入阻抗法木材缺陷检测技术规程》^[12]开展胶合竹内部缺陷检测研究。采用RESISTOGRAPH(series6)R650-EA型阻抗图谱仪开展试验，仪器主机内部最大记录次数为10 000，最大前进速度可达20mm/s，最大钻入深度可达500mm。阻力曲线可通过USB数据线直接导入电脑。

　　试验前首先将探针旋出，检验其是否良好，在保证探针良好的前提下将其退至初始位置。在边长100mm的立方体标准木上进行测试，将阻力曲线与已有标准木阻力曲线进行对比，当2条阻力曲线十分接近时，认为阻抗图谱仪满足缺陷检测要求，可用于胶合竹缺陷检测。

　　阻抗图谱仪钻入方向为胶合竹横纹方向，根据缺陷位置确定各试件钻入路径。试件B1钻入路径与裂缝延伸方向正交，试件B2钻入路径为螺孔中心连线方向，试件B3钻入路径与柱槽延伸方向正交，钻入深度根据缺陷位置选取，钻入速度为20mm/s。每次试验结束后均须将探针旋出，检查其是否完好，在探针完好的前提下开展下次试验。

　　2 试验结果

　　2.1 缺陷位置

　　各试件阻力曲线如图2所示，由图2a可知，裂缝处阻力值明显低于完好部位阻力值;裂缝中心线距梁上表面的距离与阻力曲线显示的距离基本相同。由图2b可知，螺孔处阻力值明显低于完好部位阻力值;阻力曲线显示的距离能准确反映2个螺孔的位置关系。由图2c可知，柱槽处阻力值明显低于完好部位阻力值;阻力曲线显示的距离能准确反映柱槽几何位置。综上所述，钻入阻抗法能准确识别胶合竹试件裂缝、螺孔和柱槽几何位置。

　　图2 试件阻力曲线  

　　2.2 缺陷几何尺寸

　　根据较低阻力值范围可进一步确定胶合竹缺陷几何尺寸，由于裂缝宽度与x轴最小刻度十分接近，导致钻入阻抗法无法确定裂缝宽度，因此缺陷几何尺寸研究对象选为螺孔直径和柱槽宽度。

　　缺陷设定值与钻入阻抗法预测值对比如表1所示，由表1可知，钻入阻抗法能预测胶合竹内部螺孔和柱槽几何尺寸，预测误差≤10.0%，满足工程精度要求。

　　3 结语

　　1)胶合竹裂缝、螺孔和柱槽处阻力值明显低于完好部位，钻入阻抗法能准确检测胶合竹试件内部缺陷位置。

　　表1 缺陷设定值与钻入阻抗法预测值对比 

　　表1 缺陷设定值与钻入阻抗法预测值对比

　　2)钻入阻抗法能预测胶合竹内部缺陷几何尺寸，预测误差≤10.0%，满足工程精度要求。